Los materiales híbridos son compuestos que constan de dos constituyentes a nivel nanométrico o molecular . Comúnmente, uno de estos compuestos es inorgánico y el otro de naturaleza orgánica . Por lo tanto, se diferencian de los compuestos tradicionales en los que los componentes se encuentran en el nivel macroscópico ( micrómetro a milímetro ). Mezclar a escala microscópica conduce a un material más homogéneo que muestra características entre las dos fases originales o incluso nuevas propiedades.
Muchos materiales naturales consisten en bloques de construcción orgánicos e inorgánicos distribuidos a nanoescala. En la mayoría de los casos, la parte inorgánica proporciona resistencia mecánica y una estructura general a los objetos naturales, mientras que la parte orgánica proporciona unión entre los bloques de construcción inorgánicos y / o el resto del tejido . Los ejemplos típicos incluyen hueso y nácar .
Los primeros materiales híbridos fueron las pinturas elaboradas a partir de componentes orgánicos e inorgánicos que se utilizaron hace miles de años. El caucho es un ejemplo del uso de materiales inorgánicos como cargas para polímeros orgánicos . El proceso sol-gel desarrollado en la década de 1930 fue una de las principales fuerzas impulsoras de lo que se ha convertido en el amplio campo de los materiales híbridos inorgánicos-orgánicos.
Los materiales híbridos se pueden clasificar en función de las posibles interacciones que conectan las especies inorgánicas y orgánicas. [1] Los materiales híbridos de Clase I son aquellos que muestran interacciones débiles entre las dos fases, como van der Waals , enlaces de hidrógeno o interacciones electrostáticas débiles . Los materiales híbridos de clase II son aquellos que muestran fuertes interacciones químicas entre los componentes, como los enlaces covalentes .
Las propiedades estructurales también se pueden utilizar para distinguir entre varios materiales híbridos. Un resto orgánico que contiene un grupo funcional que permite la unión a una red inorgánica, por ejemplo, un grupo de trialcoxisilano, puede actuar como un modificador de la red porque en la estructura final la red inorgánica solo es modificada por el grupo orgánico. Los feniltrialcoxisilanos son un ejemplo de tales compuestos; modifican la red de sílice en el proceso sol-gel a través de la reacción del grupo trialcoxisilano sin suministrar grupos funcionales adicionales destinados a sufrir más reacciones químicas al material formado. Si se incorpora un grupo funcional reactivo, el sistema se denomina funcionalizador de red.. La situación es diferente si dos o tres de esos grupos ancla modifican un segmento orgánico; esto conduce a materiales en los que el grupo inorgánico es luego una parte integral de la red híbrida. El último tipo de sistema se conoce como constructor de redes.
Las mezclas se forman si no existen interacciones químicas fuertes entre los componentes orgánicos e inorgánicos. Un ejemplo de tal material es la combinación de grupos o partículas inorgánicos con polímeros orgánicos que carecen de una interacción fuerte (por ejemplo, covalente) entre los componentes. En este caso, se forma un material que consiste, por ejemplo, en un polímero orgánico con restos inorgánicos discretos atrapados en los que, dependiendo de las funcionalidades de los componentes, por ejemplo, se produce una reticulación débil por las unidades inorgánicas atrapadas a través de interacciones físicas o los componentes inorgánicos están atrapados. en una matriz de polímero reticulado. Si una red inorgánica y una orgánica se interpenetran entre sí sin fuertes interacciones químicas, se forman las llamadas redes interpenetrantes (IPN),que es el caso, por ejemplo, si se forma un material sol-gel en presencia de un polímero orgánico o viceversa. Ambos materiales descritos pertenecen a híbridos de clase I. Los híbridos de Clase II se forman cuando los bloques de construcción inorgánicos discretos, por ejemplo, grupos, se unen covalentemente a los polímeros orgánicos o los polímeros inorgánicos y orgánicos se unen covalentemente entre sí.